Genomas: Estructura y organizacion del material genetico en procariotas y eucariotas

GENOMAS

Estructura, propiedades y organización del material genético (II)

a Bonnin II. GENOMAS Tema 2. Estructura, propiedades y organización del material genético. (II)

Organización del material genético en procariotas

2.6. Organización del material genético en procariotas

Organización del material genético en eucariotas

2.7. Organización del material genético en eucariotas Clases Universidad Francisco de Vitoria UFV Madrid Prof. Ana Bonnin. Tema 2El material genético está empaquetado E. coli -- E. coli a El DNA de E. coli es un dsDNA ccc de una longitud de 1,3 mm (4.2 x 103 kb), mientras que la célula bacteriana tiene unas dimensiones de 1,7 x 0,65 um. Tana vier Por ello el DNA dentro de la célula está compactado hasta 1000 veces, alcanzando una densidad de 10 mg/ml. Cses P 5 Universidad Francisco de Vitoria UFV Madrid Densidad del DNA en el núcleo eucariota ~ 100 mg/ml Densidad del DNA en el fago T4 ~ 500 mg/ml -> VISCOSIDAD Prof. Ana Bonnin. Tema 2Organización del material genético en PROCARIOTAS ar una in El DNA bacteriano se compacta con ayuda de proteínas para formar una estructura nucleoproteica llamada nucleoide. Parte del DNA puede estar unido a la membrana celular, pero en general el nucleoide abarca una extensa área de la célula. Aunque las bacterias no tienen núcleo, el nucleoide ocupa una zona definida dentro de la célula, ocupando alrededor de un tercio del volumen de esta. Nucleoid An electron micrograph of a thin section of E.coli. The nucleoid is the light region. (Burton E. Principles of Molecular Biology, 2014) Plasmids Figure 8-5 Genomes 3 ( Garland Science 2007)En la imagen del microscopio electrónico se observa una bacteria en la que se ha realizado una lisis suave para que libere su DNA al exterior. Este DNA lleva proteínas unidas y también cantidades variables de RNA. Se pueden observar (indicados con flechas) los plásmidos bacterianos.El DNA bacteriano está unido a proteínas 20 50 OOOO OOOO 00 000 OOC Broken loop - no supercoiling OOOOOO Protein OOC 0000 core Supercoiled DNA loops 0 0 0 Figure 8-3 Genomes 3 ( Garland Science 2007) El DNA de los cromosomas bacterianos está asociado a varios tipos de proteínas de unión al DNA: HU y H son proteínas pequeñas y abundantes, y contienen un alto porcentaje de aminoácidos cargados positivamente. Estas proteínas organizarían el DNA en lazos (loops) de 40 kb cada uno que emergen de una región central. Cada lazo está aislado de los demás y puede presentar distinto grado de superenrollamiento. Prof. Ana Bonnin. Tema 2 Electron micrograph of chromatin released from an E. coli after gentle cell disruption. (Burton E. Principles of Molecular Biology, 2014) nnin 000 OOOOOrganización del material genético en PROCARIOTAS

• Los plásmidos son moléculas de extracromosómicas DNA de doble cadena que se encuentran de manera natural en las bacterias.
• Los plásmidos se replican autonomamente dentro de las células bacterianas. Su replicación depende de las mismas enzimas que replican al cromosoma de la célula huésped, y en la división celular se distribuyen a las células hijas juntamente con el cromosoma huésped
• Los plásmidos naturales a menudo tienen pocos genes implicados en resistencia a antibióticos, toxinas o conjugación bacteriana.

Universidad Francisco de Vitoria UFV Madrid nin Ana Kan® Sm® Su® Amp® Determinantes r „R Hg Plásmido R Segmento RTF FIGURA 6.12 (a) Micrografia electrónica de un plasmido aislado de E. coli. (b) Representación esquemática de un plásmido R con factores de resistencia transferentes (RTF) y múltiples determinantes r (Tc, tetraciclina; Km, canamicina; Sm, estreptomicina; Su, sulfonamida; Ap, ampicilina; y Hg, mercurio). (a) TCR (b)Organización del material genético en EUCARIOTAS onnin 1 At the simplest level, chromatin is a double-stranded helical structure of DNA. 2 nm DNA double helix 3 Each nucleosome consists of eight histone proteins around which the DNA wraps 1.65 times. 2 DNA is complexed with histones to form nucleosomes. Nucleosome core of eight histone molecules 4 H1 histone A chromatosome consists of a nucleosome plus the H1 histone. 6 300 nm in length. Chromatosome 11 nm The nucleosomes fold up to produce a 30-nm fiber ... 30 nm Clas werfen 250-nm-wide fiber 700 nm 1400 nm The 300-nm fibers are compressed and folded to produce a 250-nm-wide fiber. 00 Tight coiling of the 250-nm fiber produces the chromatid of a chromosome. Prof. Ana Bonnin. Tema 2Organización del material genético en EUCARIOTAS

Ciclo celular eucariota

CICLO CELULAR INTERFASE = G1 + S + G2 G1 (gap 1): Fase de crecimiento, preparación para la replicación del DNA. S (DNA synthesis): Replicación del DNA aración parOf G2 (gap 2) Fase de crecimiento, preparación para la división celular. nnin Daughter / cells Go M G Chromosome decondensation, re-formation of nuclear envelope, cytokinesis G2 Chromosome condensation, nuclear envelope breakdown, chromosome segregation M (mitosis): División celular, comprende la cariocinesis y la citocinesis. Sister chromatids S DNA synthesisOrganización del material genético en EUCARIOTAS

Cromatina en interfase

Heterocromatina Eucromatina onnin INTERFASE CROMATINA: Es el conjunto de DNA y proteínas que forman el contenido del núcleo en las células eucariotas. · Empaqueta el DNA en volúmenes pequeños · Fortalece el DNA para permitir la mitosis y meiosis e impedir el daño al DNA · Controla la expresión génica y la replicación y reparación del DNA Prof. Ana Bonnin. Tema 2Organización del material genético en EUCARIOTAS

Cromosoma mitótico

nnin MITOSIS Ana B CROMOSOMA: Es la estructura de la cromatina durante la mitosis. Cada cromosoma es una molécula de DNA empaquetada. Cada especie tiene un conjunto característico de cromosomas con respecto a su número y organización. Por ejemplo, los humanos tenemos 23 pares de cromosomas - 22 pares de cromosomas llamados autosomas, numerados del 1 al 22, y un par de cromosomas sexuales, X e Y. Prof. Ana Bonnin. Tema 2Organización del material genético en EUCARIOTAS ADN (Acido Desoxirribonucleico) A C GTCA G T C AG T Histonas Nucleosomas CROMATINA EN INTERFASE 2 Cromosoma Telomero brato p- Centro nero brako q Telómero CROMOSOMA MITÓTICO Cromatida Cromatina Cromosomas condensados en la célula na Bonnin S Prof. Ana Bonnin. Tema 2 ClasesOrganización del material genético en EUCARIOTAS de mies Onnin En las imágenes de microscopía electrónica de la cromatina en interfase se observan dos tipos de fibra, una fibra de 10 nm (en la imagen) y otra de 30 nm de diámetro. La fibra de 10 nm es el primer nivel de compactación del la cromatina. Es una secuencia lineal de nucleosomas que se pueden ve como un rosario de partículas. Universidad Francisco de Vitoria UFV Madrid Prof. Ana Bonnin. Tema 2Organización del material genético en eucariotas

Estructura del nucleosoma

Nucleosoma Nucleosoma = ~ 200 pb DNA + 8 histonas (dos copias de H2A, H2B, H3 y H4) Grado de compactación 6X Nucleosomas DNA núcleo (core) con una longitud de 145-147 pb, longitud necesaria para formar un nucleosoma estable y relativamente resistente a digestión por nucleasas. Núcleo de histonas Opf. DNA "exits" DNA "enters" DNA espaciador (linker DNA) es el DNA entre nucleosomas y tiene una longitud variable dependiendo del organismo eucariota (7-115pb) The nucleosome is a cylinder with DNA organized into ~one and two-thirds turns around the surface. (Krebs J.E. et al. Genes XII, 2018) Prof. Ana Bonnin. Tema 2Estructura del nucleosoma

Digestión de cromatina con nucleasa de micrococo (Mnase)

Digestión de cromatina con nucleasa de micrococo (Mnase) Length 605 405 205 Al tratar la cromatina con Mnase se obtiene una escalera de fragmentos DNA cuyo tamaño es siempre de múltiplos de 200 pb (± 5). Tratamientos más extensivos darían lugar a la digestión de todo el DNA menos el DNA núcleo (146 pb), al estar en contacto con el octámero de histonas, y posteriormente a la digestión de todo el DNA. Micrococcal nuclease digest chromatin in nuclei into a multimeric series of DNA bands that can be separated by gel electrophoresis. (Krebs J.E. et al. Genes XII, 2018) 400 bp 200 bp more extensive digestion gel electrophoresis bp bp ~11 nm 800 600 400 released nucleosome core particle 200 ~147 Copyright 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings.Estructura del nucleosoma Digestión de cromatina con nucleasa de micrococo (Mnase) Cuatro muestras conteniendo la misma cantidad de cromatina aislada de núcleos de células eucarióticas se digieren con 0; 0,1; 1 y 10 mg/ml de nucleasa de micrococo respectivamente, a 30 ℃ durante 15 min. Los productos de las digestiones se analizan en un gel de electroforesis en condiciones desnaturalizantes, obteniendose el resultado que se muestra en la Figura. M indica el canal donde se depositaron los marcadores de peso molecular y las muestras se cargaron en los canales 1- 4 de forma desordenada. a. ¿ Podrías identificar la muestra que se puso en cada uno de los canales 1-4? b. Sugiere los tamaños aproximados de los marcadores de peso molecular utilizados M 1 2 3 4 I II - 200 bp 165 bp > 146 bp Mono- nucleosomes Trimmed nucleosomes Core particlesEstructura del nucleosoma

Longitudes del DNA del nucleosoma y del DNA espaciador

Organismo Longitud de la repetición del nucleosoma (pb) Longitud del DNA espaciador (pb) S. cerevisiae 160-165 13 - 18 Sea urchin (esperma) ~ 260 ~ 110 D. melanogaster ~ 180 ~ 33 Humano 38 - 53 Ana DNA Video 150 - La longitud del DNA núcleo es invariable en los nucleosomas de todas las células eucariotas. La longitud del DNA espaciador puede variar en función del organismo. También puede variar dentro de tejidos diferentes de un organismo. La razón de esta variabilidad se desconoce. Clde esta Universidad Francisco de Vitoria UFV Madrid Prof. Ana Bonnin. Tema 2Estructura del nucleosoma

Propiedades generales de las histonas

• Principales proteínas componentes del material genético en eucariotas.
• Estabilizan la estructura del DNA.
• Elevado grado de conservación de las histonas.

. Alto contenido en aminoacidos cargados positivamente (residuos de arginina y lisina). Histone type Histone weight (M.) % of Lysine and Arginine Core histones 14,000 20% P 13,900 22% H3 15,400 23% H4 11,400 24% H1 20,800 32% En soluciones con alta concentración de sal, en la que se rompen las interacciones electrostáticas, la cromatina se disocia para liberar histonas y DNA. Así mismo, se puede reconstituir la cromatina mezclando histonas purificadas con DNA en presencia de alta sal, y bajando gradualmente la sal por diálisis. Esta formación de nucleosomas es más lenta que en la célula, en la célula se necesitan factores proteicos para la formación de nucleosomas (chaperonas de histonas).